Anthropogene Einflüsse auf den Niedrigwasserabfluss

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1 Anthropogene Einflüsse auf den Christel Möhlmann, TU Kaiserslautern

2 Inhalt Einführung Einflussgrößen auf den Nachweis von Änderungen in der Vergangenheit Einsatz von Simulationsmodellen, Beispiele Zusammenfassung

3 1. Einführung Anthropogene Einflüsse auf den Folgen für die Wasserwirtschaft (Nutzung) Folgen für die Ökologie

4 2. Einflussgrößen auf Niedrigwasserabflüsse direkte Wirkung Entnahmen, Einleitungen indirekte Wirkung Änderung des Wasserhaushaltes

5 2.1 Änderungen der meteorologischen Eingangsgrößen Erhöhung von Emissionen Veränderung der Niederschläge Erhöhung der Temperatur Erhöhung der Verdunstung

6 2.2 Änderungen der Landnutzung Forstwirtschaft mehr Mischwald Waldsterben Landwirtschaft Extensivierung Brachfallen, Aufforstung schonende Bewirtschaftung Siedlungsflächen Vergrößerung Regenwasserversickerung

7 2.3 Maßnahmen am Gewässer Stauanlagen, Speicher geringe Auswirkungen auf Wassermengen Speicherbewirtschaftung NQ - Aufhöhung

8 2.4 Entnahmen und Einleitungen Auswirkungen vor allem bei überregionalen Entnahmeund Verteilungssystemen Problem der Grundwasserentnahme

9 3. Nachweis von Veränderungen in der Vergangenheit Methoden der Zeitreihenanalyse - Trendanalysen - Homogenitätstest für Teilreihen o.ä. häufig nur qualitatives Ergebnis bisherige Analysen - Zunahme von NQ (häufig) - zwei Teilreihen mit unterschiedl. Mittelwerten (Teilungspunkt: Anfang der sechziger Jahre)

10 Gesamtreihe 1923 / ,00 4,50 4,00 3,50 NM7Q [m³/s] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 max. 0,55 m³/s Überleitungsmengen (Jahresmittel) 0, Zeit [a] Gemessene Werte NM7Q Rems (Pegel Neustadt) und Überleitungsmengen aus dem Donaugebiet

11 Neu Darchau/Elbe Mittelw ert der Teilreihen 500 Linear (Trendgerade) 400 NM7Q [m³/s] Gemessene Werte NM7Q Elbe (Pegel Neu Darchau)

12 Entwicklung des Speichervolumens Elbe-Gebiet Volumen [ Mio. m³] BRD Tschech.Rep. Summe Speichervolumina im Elbe-Gebiet

13 Niederschlagstrends, Jahressumme und

14 Fazit Aussagen aus Zeitreihenanalysen nicht sicher möglich Zufälligkeit der Zeitreihe Überlagerung verschiedener Einflüsse Detaillierte Erhebungen möglicher Ursachen und ihrer Auswirkungen sind erforderlich

15 4. Einsatz von Simulationsmodellen 4.1 Problematik Vorteile: - Ermittlung auch von indirekten Auswirkungen - Trennung verschiedener Einflüsse - Prognosen möglich Anforderungen: Wasserhaushaltsmodelle weitestgehend auf physikalischer Basis

16 Stand der Modelltechnik - Berechnung der Verdunstung weitgehend physikalisch basiert - Bodenwasserhaushalt mit physikalischen Bodenkennwerten (stark vereinfacht) - Abfluss im Gewässer mit Systemmodellen (Speicher) Ergebnisse als Abschätzung für Szenarien

17 4.2 Beispielrechnungen 1. Landnutzungsänderungen 2. Klimaänderungen 3. Untersuchungen nach Schumann et al. [2000,2001]

18 1. Landnutzungsänderungen Verwendete Modelle: LARSIM Untersuchungsgebiet: Glan (Nahe), A EO =1088 km 2 36% Mischwald, 25% Acker, 22% Grünland, 15% Siedlungsflächen, 3% sonstige Flächen Messreihe: 8 Jahre Szenarien: Geänderte Kennwerte: Gesamtes Gebiet als Wald, Acker, Siedlung verschiedene Bewuchsparameter, Wurzeltiefe, nutzbare Feldkapazität

19 Wasserhaushaltskomponente [mm] IST-Zustand Acker Grünland Mischwald Nadelwald Siedlung-locker Siedlung-dicht Szenarien ETR hqd hqi hqg Anteile der Wasserhaushaltskomponenten am Gesamtniederschlag für verschiedene Szenarien

20 Variante NM1Q NM7Q NM14Q NM30Q m³/s % m³/s % m³/s % d % IST-Zustand 2,34 2,57 2,75 3,12 Grünland 2,59 10,7% 2,86 11,3% 3,04 10,5% 3,48 11,5% Mischwald 1,82-22,2% 1,99-22,6% 2,17-21,1% 2,47-20,8% Nadelwald 1,82-22,2% 1,99 S-dicht 1,73-26,1% 1,92-22,6% 2,13-22,5% 2,40-25,3% 2,22-19,3% 3,38-23,1% 8,3% Niedrigwasserkenngrößen der Beobachtungszeit von

21 2. Klimaänderungen Verwendetes Modell: LARSIM Untersuchungsgebiet: Glan (Nahe), A Eo =1088 km 2 Messreihe: 8 Jahre Szenarien: Max : Zunahme CO 2 -Emission um Faktor 4,0 Min : CO 2 -Emission konstant Zeithorizonte 2020, 2050 und 2080 (Werte aus IPCC 2001) Geänderte Kennwerte: Temperatur, Niederschlag

22 Max Min Niederschlag Niederschlag DJF +5 % +8 % +10 % DJF +5% +5% +5% MAM - +6 % +8 % MAM - +5 % +5 % JJA -5 % -9 % -12 % JJA -5 % -7 % -5 % SON - +6 % +8 % SON - +6 % +5 % Jahr ±0 +2,3 % +3,6 % Jahr ±0 +2 % +2,5 % Temperatur Temperatur Jahr +1 C +2,6 C +4,8 C Jahr +0,5 C +1 C +1,3 C Niederschlag- und Temperaturänderungen gegenüber 1990 für die gewählten Szenarien Max und Min (D = Dezember, J = Januar, )

23 Ist Max Min h [mm] h [mm] Δh [%] h [mm] Δh [%] h N , ,5 h V , ,3 h A , ,0 - h A,O , ,4 - h A,I , ,0 - h A,G ,7 93-2,1 Änderung der Wasserhaushaltsgrößen bei Max- und Min-Szenarium für den Zeithorizont 2080

24 Mittelwerte NMxQ [m 3 /s] Szenarium x = 1 d x = 7 d x = 14 d x = 30 d Ist-Zustand 2,34 2,57 2,75 3,12 Min-Szenarium 2,19 2,40 2,60 2,95 Max-Szenarium 1,68 1,86 2,06 2,36 Mittelwerte NMxQ für verschiedene Dauern x bei Max- und Min- Szenarium, Zeithorizont 2080

25 3. Untersuchungen nach Schumann et al. [2000,2001] - Untersuchungsgebiet: obere Donau, Pegel Berg, A Eo =4090 km 2, angepasstes Wasserhaushaltsmodell - Messreihe: Szenarien: sieben verschiedene Klimamodelle und acht Szenarien zufällige Varianten generiert Zeithorizont: 2085

26 Min-Szenario Max-Szenario Berechnete Änderungen der mittleren Abflusshöhen für Winter- und Sommerhalbjahr Donau, Pegel Berg, Zeithorizont 2085 [Schumann et al., 2001]

27 Zusammenfassung Auswirkungen anthropogener Eingriffe auf Niedrigwasserabflüsse schwer quantitativ zu ermitteln Einsatz von Zeitreihenanalysen bei Änderungen in der Vergangenheit, aber: keine sicheren Aussagen möglich Ergebnisse sehr heterogen und z. T. widersprüchlich Ursache für pos. Trend in Deutschland: gleichzeitig beobachtete Zunahme der Niederschläge Einsatz von Simulationsmodellen (zukünftige Aussagen) Einfluss von Klimaänderungen und Landnutzung schwierig zu ermitteln Modelle können komplexe Naturvorgänge nur vereinfachend wiedergeben Modellergebnisse eher als Abschätzungen von Tendenz und Größenordnung